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便携式AIS航标检测仪的开发和
任 虹 钟 韬
（东海航海保障中心上海航标处 上海 200120）
摘 要：标准IALA航标AIS ATON设备的安装,为航标远程监管提供了极大便利,同时也增大了航标AIS日常维护和现场检修的工作量.航标海上安装及现场巡检受天气条件限制,工作时间有限,对于AIS航标重要技术参数的检测,非常不利.为此,迫切需要开发一种便携式无线AIS航标检测仪,使基层航标工作人员能够及时查看当前AIS航标设备的工作情况,为其安装及巡检工作提供方便.
关键词：AIS 航标 检测 便携
0引 言
近年来,大量标准IALA航标AIS ATON设备部署安装,给船舶进港航行提供了安全保障,也给监管部门对航标远程监测带来方便.但AIS航标设备的测试手段却无法跟上其安装普及速度,给AIS航标的维护和检修工作带来了许多新的挑战.由于AIS航标安装位置远近不同,巡检工作受外界气象条件影响很大,且海上工作环境恶劣,使得航标维护人员在相对有限的时间内,暂无有效手段在第一时间得到AIS航标维护后信息反馈情况.针对上述问题,笔者从航标维护一线人员实际需求出发,开发了一种手持式无线AIS航标检测仪.该航标检测仪,可以测试AIS航标的发射功率、频率偏移、设置参数、发射语句和发射时隙等信息,从而为AIS航标提供更多性能检测手段和技术保障.
1 AIS航标简介
AIS是“Automatic Identification System”（自动识别系统）的简称.它是一种通过TDMA（时分多址）技术工作的无线通信系统.主要用于船舶自身的导航、船舶之间的避碰以及陆地监管部门的实时船位监控.目前,AIS的主要终端产品共分三类：
船载AIS应答器（A类和B类两种）
AIS基站应答器（C类）
航标AIS终端（N类）
AIS的通信模式分SOTDMA、RATDMA、ITDMA、FATDMA、CSTDMA等五种,不同的通信设备在不同的场合,所选择的通信模式各不相同.
航标AIS终端的通信模式主要分RATDMA和FATDMA.需要指出的是,RATDMA可以离开基站独立工作,而FATDMA必须依赖基站才能工作.后者每次信息发送的时隙位置都是固定的,需要由基站协助广播时隙保留指令,避免因周围船载AIS或其他AIS航标在相同时隙发送信息而造成时隙冲突.
根据IALA及IEC的定义,航标AIS终端可分为三个类型：I型、II型、III型.见表1：
2 AIS航标检测仪开发设计
AIS航标检测仪的开发,采用当前最先进的软件无线电技术、TDMA时分多址技术、高精度测试技术,以及射频收发技术.通过精确测试和计算发射时隙,可以检验航标AIS的时隙设置和相关基本数据是否正确.
在硬件模具设计上,充分考虑到AIS航标检测现场海上环境因素,在各种温度、湿度、盐雾等恶劣条件下均能正常使用.检测仪内部均采用高性能元器件,可以在-20℃~70℃环境条件下使用.对射频器件,进行防漂移补偿,保证时隙信息的准确性.因设备采用便携锂电供电,功耗也是器件选择和电路设计的另一重要考虑因素.
电路设计尽量选择最简、最优方案,力求稳定、低耗.在本检测仪硬件部分主要包括键盘,显示器、天线、锂电及内部CPU主板和接收模块等核心模块,同时,为了测试准确功率参数,额外配置了功率衰减器等扩展模块.硬件设计架构图如下图1所示:
AIS航标检测仪设备整体软件部分分为设备本身嵌入式软件及PC端读码软件两部分：
嵌入式软件开发平台为 MDK,使用C语言编译.整体设计思想为以射频信号解码为主线,兼顾流畅的操作流程和稳定的数据显示.只需要通过按键5~10下即可完成航标AIS检测功能.软件设计模块,主要包括了软件的界面菜单设计,AIS数据解析,射频模拟信号D/A转换,以及PC平台连接及打印设置这4个部分组成.设计流程如下图2所示：
PC端读码软件为串口通信,兼容目前主流的WINDOWS 10 操作系统,使用简单、便捷,不需要键盘输入即可完成航标AIS读码及数据保存操作,同时提供历史保存数据的查询及打印功能.
3 AIS航标检测仪使用
AIS航标检测仪和AIS航标的连接,有两种方式：一种方式是利用无线通信技术,直接盲搜AIS航标的信息,这需要在AIS检测仪上安装便携式VHF天线,这种方式检测出AIS航标发射功率值误差较大；另外一种方式是通过射频电缆和功率衰减器将AIS航标和AIS检测仪连接起来,可以精确检测出AIS航标发射功率,连接方式如图3所示.
在AIS航标检测仪上有一块128*64的LCD显示屏,用来显示AIS航标发送过来的详细信息.相应的操作按键,当按下ON键1秒钟之后,检测仪开机,再按就关机了.←、→、↓、↑方向键,ESC和ENTER键用来进行菜单选择,执行所选的操作,及确认/取消所选操作.F1和F2键在主菜单里可以打开、关闭LCD背光.此外这两个键还有其他复用功能.
在AIS航标检测仪的主菜单界面,可以看到如下图4所示的主菜单图：
其中,每个菜单选项都有其特定的意义：
TEST AIS：AIS设备测试；
TEST ATON：AtoN AIS航标设备检测；
TEST NMEA：NMEA信息接收和显示；
VIEW PROFILES：查看测试记录；
SETTINGS：检测仪参数设置；
MANUFACT SETTINGS：恢复出厂设置.
本文主要介绍其中的ATON AIS航标测试功能.检测前先输入被测AIS AtoN设备的MMSI码,这样可以过滤掉其他AtoN设备的信息,有助于在港口地区通过天线方式进行测试.用←、→键选择数字↓、↑键改变数值,MMSI码输入后按ENTER键确认.如MMSI码为000000000,则表示接收全部AIS航标设备的消息.
在点击ENTER键之后,进行检测.当检测仪接收到AIS 21号报文并成功解析后,会出现如下图5 所示的ATON测试结果,表示此次AIS航标检测完成.若15分钟测试周期内未收到所需要的数据,则检测仪自动切换到主菜单.
其中：Rx X,X -（A或 B）：AIS消息（报文）接收频道；ID X,X -（1~26）：M.1371-4规范的AIS报文号；994122131（示例）：AtoN设备的MMSI码；dF +142 Hz：AtoN设备的发射机频道的标称频偏；RSSI 40.94 dBm：AtoN设备的发射功率；Slot: 411：AtoN已发消息的时隙号；ATON TEST：AtoN 名称.在测试结果出现之后,按F1键可以对检测数据进行保存并本次检测.内置Flash模块可以保存最近10条检测数据,通过USB数据线与电脑端专用AIS航标检测软件连接,可导出检测数据用于打印及留存.
下图6所示AIS航标检测仪的实物测试结果和PC端导出数据对比图.
从上述AIS航标检测结果对比可以看出,AIS航标检测仪能够精确检测航标AIS发送的MSG21报文,同时能够检测出包括航标AIS发射频偏、发射功率、发射时隙等射频参数,满足功能需求和实际使用需要.
4 结束语
AIS航标检测仪是针对目前AIS航标维护和检测的困难,为了方便基层航标维护人员对航标AIS进行高效便捷的维护和检测而开发出来的一款便携式检测设备.AIS航标检测仪的主要特点有以下几点：
1）主板与VHF射频部分集成在一个壳体内,集成化程度高,维护简便.
2）设备外壳采用ABS材料,不易受海水腐蚀.整体坚固,可以承受强力冲击和碰撞.
3）平均耗电低,电池可连续工作8个小时以上,并可以通过充电宝等USB方式供电.
4）体积小,水密性好,操作简单,日常保养简单.
由于优秀的性能,良好的水密性,较小的体积,使得这款AIS航标检测仪设备,能够适用于各类型AIS航标的检测工作.其运用先进的TDMA技术、高精度射频收发技术、高准确性时隙同步技术,可广泛用于上标前对AIS航标的检验,也可以用于平时的日常维护、检修等,对航标AIS广泛普及安装有着重要的意义.目前该AIS航标检测仪已经在东海海区各航标维护单位使用,给AIS航标一线工作人员的海上巡检带来方便,使得有限的海上工作时间内能够高效完成工作计划,提高工作效率,保障人员安全.
参考文献：
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检测仪论文范文结:
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